【導(dǎo)讀】關(guān)于該關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手的具體研究方法。本次設(shè)計(jì)工作首先對(duì)實(shí)體安川機(jī)器人。進(jìn)行了細(xì)致的研究，了解了其內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，安川機(jī)器人的結(jié)構(gòu)可分為六個(gè)軸系，下面就進(jìn)行尺寸的測(cè)量，尺寸的測(cè)量只需要測(cè)量一下大。體的外觀尺寸，而內(nèi)部尺寸可根據(jù)零件的配合進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。然后，進(jìn)行計(jì)算（包

　　

【正文】 為多種類型的手爪： 機(jī)械手爪：氣動(dòng)夾緊、電動(dòng)夾緊、電磁夾緊、液壓夾緊； 磁力吸盤：電磁吸盤、永磁吸盤； 真空式吸盤：真空吸盤、氣流負(fù)壓吸盤。 手部結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 手爪的結(jié)構(gòu)形式與質(zhì)量主要取決與物體的形狀與質(zhì)量。本次采用的機(jī)械手爪為氣動(dòng)式 V字形手爪。如圖 。 手腕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19 手腕的設(shè)計(jì)要求 腕的設(shè)計(jì)要求：由于腕部在手臂末端，因此為減輕手臂負(fù)荷，應(yīng)盡量使腕部部件的結(jié)構(gòu)緊湊，盡量減少其重量與體積；合理的選擇腕部的自由度數(shù)；提高腕部 的精度與傳動(dòng)的剛度，減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)誤差。 該機(jī)械手采用兩自由度腕部結(jié)構(gòu)，分別為手爪轉(zhuǎn)動(dòng)與腕關(guān)節(jié)擺動(dòng)，從而滿足搬運(yùn)作業(yè)的空間姿態(tài)要求。為了能夠使腕部的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，將腕關(guān)節(jié) 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安放在小臂內(nèi)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)繞腕關(guān)節(jié)軸實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。 手腕結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 夾持臂的工作原理：夾持臂繞自身旋轉(zhuǎn)，它的動(dòng)力為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)同步齒形帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過錐齒輪帶動(dòng)夾持臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 手臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手臂的設(shè)計(jì)要求 臂部的設(shè)計(jì)要求：首先臂部的結(jié)構(gòu)與尺寸應(yīng)滿足任務(wù)所需的工作空間要求；另外根據(jù)手臂所受載荷和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比較合理的選擇手臂的截面形狀以及高強(qiáng)度輕質(zhì)材料；為了減少驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)荷，應(yīng)盡量減少手臂重量和相對(duì)其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸的力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為了提高運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)速度，還應(yīng)減少運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)載荷與沖擊；為了提高運(yùn)動(dòng)精度與剛度，定位精度，應(yīng)減少機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差。 20 該機(jī)械手臂（大臂與小臂）擬采三自由度結(jié)構(gòu)形式，分別為一個(gè)回 轉(zhuǎn)自由度與兩個(gè)俯仰自由度，從而能滿足搬運(yùn)作業(yè)所需的空間任務(wù)要求?？紤]材料的性能參數(shù)以及所需完成的任務(wù)要求，采用鋁合金材料。綜合轉(zhuǎn)矩、慣性和平衡性要求，為實(shí)現(xiàn)大臂與小臂繞各自關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)，將各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)源分別放在前一關(guān)節(jié)處，這樣就能通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)大、小臂繞各自關(guān)節(jié)軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 手臂結(jié)構(gòu) 機(jī)械手臂包括以下幾部分結(jié)構(gòu)：臂桿、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、定位裝置連接裝置及檢測(cè)裝置。按運(yùn)動(dòng)形式的不同，可分為以下幾部分結(jié)構(gòu)： 1)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的形有齒輪機(jī)構(gòu)、鏈輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)等。 2)手臂俯仰 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的俯仰運(yùn)動(dòng)可通過連桿與液壓缸的組合來實(shí)現(xiàn)，也可通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)大臂作俯仰運(yùn)動(dòng)。 3)手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 手臂的伸縮、移動(dòng)、升降均屬于直線運(yùn)動(dòng)。 小臂結(jié)構(gòu)形式的確定 圖 小臂是腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)的重要零件，起連接大臂與腕關(guān)節(jié)的作用。驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)作擺動(dòng)與俯仰運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)伺服電機(jī)安裝在小臂內(nèi)部。 小臂后箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小臂后箱體的作用：一方面起連接小臂與大臂的作用，另一方面安裝在小臂后箱體內(nèi)部的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)小臂繞自身軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 小臂后箱體結(jié)構(gòu)形式的確定 21 圖 連接桿件的設(shè)計(jì) 連接桿件的作用：一方面起連接大臂與小臂的作用，另一方面能夠使小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活，活動(dòng)范圍更大。 連接桿件結(jié)構(gòu)形式的確定： 圖 22 5 關(guān)鍵軸的校核 腕部輸入軸的結(jié)構(gòu) 初步確定于從動(dòng)輪相連接的軸的直徑，由公式： 30dAPn?? 選擇軸的材料腕為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表知 0A =112。 將 P=， ? =， n=3000r/min，帶入上式，得 ?d mm； 選 mmd 10? ； 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 51： 圖 51 軸 軸的校核 帶輪傳遞給軸的的扭轉(zhuǎn)力矩為： eM =9549np =9549 = （ ） 力矩 eM 是通過帶拉力 F 和 /F 傳送的，應(yīng)有 /()2 eDFF M?? （ ） / 2 329eMF F ND? ? ? （ ） 已知： / F N?? 求得 F= N， F=12 N 齒輪法向力 nF 為： 23 nF = dMe2 =45N。 （ ） X 軸簡化后，在軸線上的橫向力 nF 、 F、 /F 引起變形，然后分解成 X、 Y 軸的分量，結(jié)果如下： ////c os 20 42. 2t a n 20 c os 45 10. 9t a n 20 si n 45 10. 9c os c os 25. 78si n si n 3tnrtatyyzzF F NF F NF F NF F F F NF F F F N????? ? ? ?? ? ? ? 做扭矩圖如下 ,可判定危險(xiǎn)截面為 B，見下圖： 在截面 B上，彎矩 M 和扭矩 T 分別為 ： 22T N mM M N mM??? ? ?? 與第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核，得 24 222235 7 0 (0 . 6 9 5 0 )1 ( ) 4 . 6 7( )0 . 1 1 2ca M T M P a??? ??? ? ? ?? 材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由手冊(cè)可得 ? ?1 60MPa?? ? ，根據(jù) ? ?1ca ?? ?? ，故安全。 25 6 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，將近三個(gè)月學(xué)習(xí)到此為止，感慨頗多，首先要感謝蘇東寧老師的仔細(xì)而又認(rèn)真的幫助。 在蘇老師的悉心幫助下，將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)劃作了細(xì)致而周到的安排，下面來大體說一下，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的安排。首先，蘇老師為我確定了機(jī)械手得到大體方案，然后將機(jī)械手 分成五個(gè)部分，分別為機(jī)械手爪、腕部、大臂、小臂、底座。根據(jù)這五部分查資料，確定各自的方案與結(jié)構(gòu)形式。按照順序，先從機(jī)械手爪開始 ,確定工件的抓取形式以及手爪的結(jié)構(gòu)與尺寸 ,由此，確定氣缸的動(dòng)力參數(shù) ,緊接著，確定腕部的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，以及驅(qū)動(dòng)腕部與手爪轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)的功率與型號(hào) ,然后，確定連接件的結(jié)構(gòu)與尺寸 ,最后，確定手臂與機(jī)座的結(jié)構(gòu)形式，再確定電機(jī)的型號(hào)?？傮w而言，本次機(jī)械手的設(shè)計(jì)，共 6個(gè)自由度，共用 6 個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠保證機(jī)械手在流水線上完成重物的抓取。以上為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的大體過程。 下面談?wù)劚敬卧O(shè)計(jì)的收獲與心得。 以前作課程設(shè)計(jì)，更多的只是了解一些比較膚淺的東西，完全沒與實(shí)體接觸過，而且所用知識(shí)非常有限。相比較而言，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但接觸到了實(shí)物，所用的知識(shí)也是非常的廣泛，包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電傳動(dòng)、互換性原理?？梢赃@么說，只要是大學(xué)四年學(xué)過的與機(jī)械相關(guān)的知識(shí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)都有所涉及，另一個(gè)比較好的方面是養(yǎng)成了查閱手冊(cè)的習(xí)慣。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我培養(yǎng)了一種自覺動(dòng)手、動(dòng)腦的好習(xí)慣 ,而且思維的縝密性與嚴(yán)謹(jǐn)性得到鍛煉。 26 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤。機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. 北京工業(yè) 出版社， 2021： 188~199 [2] 陳新元 張安龍。 裝配線機(jī)械手電氣混合控制 [J].液壓與氣動(dòng)。 2021（ 3） [3] 陶相廳、袁銳波、羅景氣，動(dòng)機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景 [OL],中國傳動(dòng)網(wǎng) 2021 [4] 上海工業(yè)大學(xué)流控實(shí)驗(yàn)室。氣動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ) [M]。機(jī)械工業(yè)出版社。 1982 [5] 李允文 . 工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版業(yè)， 1994,8 [6] 候析、劉濤。裝卸機(jī)械手設(shè)計(jì)研究。機(jī)械， 2021,7 [7] 盧松峰。機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)。第一版。北京工業(yè)出版社， 1994,8 [8] 李昌輝。自動(dòng)上料機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā) [D]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2021 [9] 陳志權(quán)?；?PLC氣動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng) [J]。兵工自動(dòng)化 2021,4 [10] 孫迎遠(yuǎn)。 PLC在氣動(dòng)機(jī)械手中的應(yīng)用 [J]。煤礦機(jī)械 2021,9 [11] 王雄耀。近代氣動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用 [J]。液壓氣動(dòng)與密封。 1999,5 [12] 彭堅(jiān)。氣動(dòng)機(jī)械手與 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]。同用機(jī)械。 2021,7 [13] 楊振球、易孟林。高精度氣動(dòng)機(jī)械手的研發(fā)及應(yīng)用 [J]。液壓與氣動(dòng) 2021,2 [14] Modular Robot for Flexible Assembly。 [15] Industrial Robots For Manipulation with Parallel Kinematic Machines Zdenek Kolibal 27 致 謝 本次設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，通過本次設(shè)計(jì)，將理論知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)際應(yīng)用中，將理論知識(shí)進(jìn)一步深化，對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的東西有了更深刻的認(rèn)識(shí)。此次設(shè)計(jì)進(jìn)行的比較順利，一路設(shè)計(jì)過來沒有太大的麻煩，所以，我 要個(gè)感謝蘇老師為我制定的仔細(xì)方案及悉心的指導(dǎo)。 設(shè)計(jì)開始階段一片茫然，先做啥后做啥，沒有主次之分。而蘇老師為我制定了仔細(xì)的方案，如果要做與機(jī)械手有關(guān)的課題，首先要對(duì)機(jī)械手有個(gè)大體的了解。蘇老師指導(dǎo)我參看了日本安川機(jī)器人，并對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的介紹，這為我后期作圖提供了很大的方便，然后蘇老師不定期的指導(dǎo)我，及時(shí)的為我解決涉及過程中的問題，這樣，幫助我對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)逐漸有了深刻的認(rèn)識(shí)。為了解決作圖的困難，蘇老師為我提供了一份參考圖，并幫助我糾正其中的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí) ,這里面包含了老師的 汗水與辛苦 ,太多的感謝無從說起，在這里只是簡單的說一聲“謝謝”。